DEH系統(tǒng)一次調(diào)頻控制結(jié)構(gòu)原理圖

1、基本概念

一次調(diào)頻：PrimaryFrequencyControl。

在電網(wǎng)實際運行中，當電量消耗與電量供給不匹配時，即可引起電網(wǎng)頻率出現(xiàn)變化較小、變動周期較短的微小分量，這種頻率擾動主要靠汽輪發(fā)電機組本身的調(diào)節(jié)系統(tǒng)直接自動調(diào)整汽輪機調(diào)門完成電網(wǎng)負荷補償，修正電網(wǎng)頻率的波動，這個過程即為發(fā)電機組的一次調(diào)頻。具體修正為：當電網(wǎng)頻率升高時，一次調(diào)頻功能要求機組利用其蓄熱快速減負荷，反之，機組快速增負荷。

2、控制結(jié)構(gòu)原理圖

DEH系統(tǒng)中一次調(diào)頻功能通常是將汽輪機轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速的差值直接轉(zhuǎn)化為功率信號補償或流量補償。

國電網(wǎng)額定頻率為50Hz，汽輪機額定轉(zhuǎn)速為3000rpm，額定頻率與實際頻率差值(有時額定轉(zhuǎn)速與汽輪機實際轉(zhuǎn)速的差值代替頻率差值)經(jīng)函數(shù)變換后生成一次調(diào)頻補償因子，一次調(diào)頻功能投入，直接與功率或流量信號疊加，控制汽輪機的調(diào)門開度，一次調(diào)頻切除時，調(diào)頻補償因子系數(shù)為零，不參與系統(tǒng)控制。

3、基本技術(shù)要求

發(fā)電機組的一次調(diào)頻指標主要包括：轉(zhuǎn)速不等率、調(diào)頻死區(qū)、快速性、補償幅度、穩(wěn)定時間等。不同區(qū)域的電網(wǎng)公司對各個技術(shù)指標要求也不盡相同。

1）轉(zhuǎn)速不等率：

標準：火電機組轉(zhuǎn)速不等率應(yīng)為4%～5%，該技術(shù)指標不計算調(diào)頻死區(qū)影響部分。該指標一般作為邏輯組態(tài)參考應(yīng)用，機組實際不等率需根據(jù)一次調(diào)頻實際動作進行動態(tài)計算。

實際舉例：轉(zhuǎn)速不等率5%，汽機從額定負荷100%到0%變化時，所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速升高值為150r/min，δ=150/3000*100%=5%，也叫速度變動率。一次調(diào)頻量的計算：ΔPf=K*Δf（K為調(diào)頻系數(shù),單位為%/r/min，Δf為頻差信號），而K=1/(δ*n0)*100%，所以對應(yīng)變化1r/min的轉(zhuǎn)速差的一次調(diào)頻量（以機組容量660MW為例）ΔPf=1/(3000*5%)*100%*660MW=4.4MW/r/min。

2）調(diào)頻死區(qū)：

標準：機組參與一次調(diào)頻死區(qū)應(yīng)不大于|±0.033|Hz或|±2|r/min。

目的：設(shè)置轉(zhuǎn)速死區(qū)的目的是為了消除因轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定（由于測量系統(tǒng)的精度不夠引起的測量誤差）引起的機組負荷波動及調(diào)節(jié)系統(tǒng)晃動。

3）快速性：

標準：機組參與一次調(diào)頻的響應(yīng)時間應(yīng)小于3s。燃煤機組達到75%目標負荷的時間應(yīng)不大于15s，達到90%目標負荷的時間應(yīng)不大于30s。對于高壓油電液調(diào)節(jié)機組響應(yīng)時間一般在1-2s。電網(wǎng)頻率波動越頻，該技術(shù)指標越重要。

4）穩(wěn)定時間：

標準：機組參與一次調(diào)頻的穩(wěn)定時間應(yīng)小于1min。該技術(shù)指標對于發(fā)電機組及電網(wǎng)穩(wěn)定運行都十分重要。

5）補償幅度：

標準：機組參與一次調(diào)頻的調(diào)頻負荷變化幅度不應(yīng)設(shè)置下限;一次調(diào)頻的調(diào)頻負荷變化幅度上限可以加以限制，但限制幅度不應(yīng)過小，規(guī)定如下：

a)250MW>Po的火電機組，限制幅度≥10%Po;

b)350MW≥Po≥250MW的火電機組，限制幅度≥8%Po;

c)500MW≥Po>350MW的火電機組，限制幅度≥7%Po;

d)Po>500MW的火電機組，限制幅度≥6%Po。

另外，額定負荷運行的機組，應(yīng)參與一次調(diào)頻，增負荷方向最大調(diào)頻負荷增量幅度不小于5%Po。

實際舉例：（以機組容量660MW為例）限幅6%額定負荷ΔP=660MW*6%=39.6MW，在轉(zhuǎn)速不等率5%時ΔPf=1/(3000*5%)*100%*660MW=4.4MW/r/min?？烧{(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速值為ΔP/ΔPf=39.6/4.4=9r/min。即在±2r/min的基礎(chǔ)上變化±9r/min的調(diào)頻量幅度。

設(shè)置限幅的主要目的是因為快速大幅度的變負荷會危及到機組的安全運行。對于燃煤發(fā)電機組，機組通過調(diào)速器快速一次調(diào)頻變負荷最大幅度應(yīng)通過試驗確定，主要以汽機調(diào)門快速變化時主汽壓力、溫度等與機組安全運行參數(shù)的變化幅度和速率在允許范圍內(nèi)為依據(jù)，另外加負荷以汽機調(diào)門開足為限，減負荷以主汽壓力上升幅度和速度到允許值（低于高旁動作值）為限。

6）投運范圍

對于燃煤發(fā)電機組，調(diào)速器（DEH）一次調(diào)頻投運的負荷范圍應(yīng)為機組正常運行的負荷范圍，應(yīng)不低于不投油助燃的最低負荷，最高為機組滿負荷。機組在最低負荷或滿負荷時，僅使用DEH側(cè)的一次調(diào)頻功能，CCS側(cè)僅閉鎖與一次調(diào)頻相反的調(diào)節(jié)作用。機組最低不投油助燃負荷時，不因一次調(diào)頻而減少燃煤，防止鍋爐熄火，機組最高負荷時，不因一次調(diào)頻而增加燃煤，防止機組超壓。CCS側(cè)一次調(diào)頻投運的負荷范圍應(yīng)為CCS投入的負荷范圍，一般最低不高于50%額定負荷，最高為機組滿負荷。

4、控制回路

一次調(diào)頻回路一般可分為CCS一次調(diào)頻和DEH一次調(diào)頻，由這兩部分的調(diào)頻回路共同作用，其中DEH一次調(diào)頻快速動作（開環(huán)控制），CCS一次調(diào)頻最終穩(wěn)定負荷（閉環(huán)控制）。DEH側(cè)一次調(diào)頻的動作值直接控制汽輪機調(diào)門，用于改變機組的負荷，使機組快速響應(yīng)一次調(diào)頻的需要；CCS一次調(diào)頻最終穩(wěn)定負荷，CCS中的一次調(diào)頻由運行人員手動投入，一次調(diào)頻動作后相當于去調(diào)節(jié)負荷設(shè)定值MWD，并確保和DEH的作用方向相同，防止DEH的調(diào)節(jié)作用被拉回，最終穩(wěn)定負荷到所需要的值。二者相互配合，提升機組的一次調(diào)頻性能。

1）DEH一次調(diào)頻

DEH側(cè)一次調(diào)頻功能對負荷的修正直接疊加到流量指令上，即根據(jù)調(diào)節(jié)量直接開大或關(guān)小調(diào)門，調(diào)整汽輪機的進汽量，快速穩(wěn)定電網(wǎng)頻率。功率回路投入時，負荷設(shè)定值同時增加一次調(diào)頻指令，在提高機組一次調(diào)頻快速動作的同時保證負荷不出現(xiàn)反調(diào)現(xiàn)象。

2）CCS一次調(diào)頻

協(xié)調(diào)投入方式下，DCS切除汽機主控回路時，一次調(diào)頻功能由DEH實現(xiàn)。DCS投入汽機主控回路時，一次調(diào)頻指令疊加到負荷設(shè)定值上(未直接添加到去DEH的流量指令上)，提高機組一次調(diào)頻的精確性及穩(wěn)定性。

5、一次調(diào)頻試驗曲線分析

1）曲線描述：電網(wǎng)頻率降低超過死區(qū)，根據(jù)對應(yīng)轉(zhuǎn)速不等率得出負荷正疊加指令，負荷指令階躍上升變化，實際負荷先上升趨于指令，接著又下降。

分析：DEH接受一次調(diào)頻及負荷指令的增加開大調(diào)門，開大調(diào)門一定時間內(nèi)負荷上升，鍋爐蓄熱下降，因為鍋爐對象的遲延性，鍋爐沒有及時提供維持負荷的熱量，導(dǎo)致負荷油下降。

2）曲線描述：電網(wǎng)頻率上升超過死區(qū)，根據(jù)對應(yīng)轉(zhuǎn)速不等率得出負荷負疊加指令，負荷指令階躍下降變化，實際負荷先下降趨于指令，接著又上升。

分析：DEH接受一次調(diào)頻及負荷指令的下降關(guān)小調(diào)門，關(guān)小調(diào)門一定時間內(nèi)負荷下降，因為鍋爐存在一定蓄熱，負荷下降的同時蒸汽壓力不斷上升，壓力上升到一定程度連鎖開大調(diào)門以降低壓力，所以負荷又上升。

3）曲線描述：電網(wǎng)頻率降低超過死區(qū)，根據(jù)對應(yīng)轉(zhuǎn)速不等率得出負荷正疊加指令，負荷指令階躍上升變化，此時實際負荷與階躍后的指令接近，但負荷還是先上升大約指令階躍大小，接著又下降。

分析：DEH接受一次調(diào)頻及負荷指令的增加，即使此時負荷與指令接近，但所增加的負荷指令直接疊加到DEH中的調(diào)門指令開大調(diào)門，使負荷上升，由于鍋爐蓄熱有限，一定時間后負荷下降。